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Equilibrio osmotico tra liquido intracellulare e liquido extracellulare (e plasma)

Liquido intracellulare

Liquido extracellulare

Na+ K+ Cl-

HCO3-

grandi anioni proteine

10 140 140 5 5 35 10 35 190 0

mM

Ma non c’è equilibrio chimico!!!! E le cariche elettriche?

K+ è lo ione (catione) prevalente nella cellula

COMPOSIZIONE CHIMICA DELLA CELLULA

Na+ è lo ione (catione) prevalente nel liquido extracellulare

Cl- è lo ione (anione) prevalente nel liquido extracellulare

Ioni fosfato e proteine (anioni) sono prevalenti nella cellula

SQUILIBRIO ELETTRICO TRA cellula e liquido extracellulare

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Potenziale di membrana a riposo

L’equilibrio osmotico NON richiede che le specie ioniche nel liquido intra/extra siano uguali. La presenza nelle membrane cellulari di canali ionici selettivi non regolati induce una ineguale distribuzione degli ioni tra liquido intracellulare ed extracellulare. Questa differenza di composizione è mantenuta attraverso l’attività di pompe ioniche proteiche (Na+-K+-ATPasi)

ESEMPI: Fibra muscolare: -90 mV Globulo rosso: -10 mV Adipociti: -40 mV Cellule gliali: -75 mV

La membrana cellulare (isolante) consente la separazione di cariche

Equilibrio osmotico, elettrico e chimico

Doppio strato lipidico Presente una pompa

Si forma un gradiente elettro-chimico e si mantiene l’equilibrio osmotico

Conduttore: materiale in cui le cariche positive e negative possono muoversi liberamente Isolante: materiale in cui le cariche non possono muoversi

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La presenza di canali conferisce permeabilità selettiva alla membrana

La permeabilità selettiva delle membrane biologiche dà origine a compartimenti (intracellulare e extracellulare)

chimicamente e elettricamente differenti (disequilibrio elettro-chimico), ma con la stessa concentrazione totale di soluti.

Le cellule viventi utilizzano energia per mantenere il disequilibrio ellettro-chimico,

ma sono in equilibrio osmotico (cioè l’acqua è distribuita omogeneamente)

Liquido intracellulare

Liquido extracellulare

Na+ 10 140 K+ 140 5 Cl- 5 35 HCO3

- 10 35 grandi anioni 190 0 proteine

mM

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Il potenziale di membrana a riposo è dovuto principalmente al Potassio

Cellule nervose e muscolari: da -40 a -90 mV

K+ intra = 150mM K+ extra = 5mM

EK = -90mV

Il potenziale di membrana a riposo è dovuto principalmente al Potassio

Potenziale elettrochimico

Equazione di Nerst

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Potenziale elettrochimico

Permette di confrontare il contributo relativo del: gradiente chimico (concentrazione dello ione) e del gradiente ellettrico (carica dello ione)

Energia potenziale posseduta da una mole (6,02X1023 atomi, ioni o molecole) di ioni in funzione della loro concentrazione e del potenziale elettrico

Na+ intra = 15mM Na+ extra = 150mM

ENa = +60mV

Potenziale di equilibrio del sodio

Cellula permeabile a più ioni

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Condizioni da rispettare

1.  Legge di conservazione della carica elettrica (l’organismo è elettricamente neutro).

2.  Cariche opposte si attraggono, mentre cariche dello stesso tipo si respingono.

3.  La separazione delle cariche richiede energia.

4.  La concentrazione osmotica degli ioni e delle molecole in soluzione nel citoplasma deve essere uguale a quella del liquido extracellulare

Variazioni di permeabilità ionica modificano il potenziale di membrana

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Le variazioni del potenziale di membrana sono dovute a flussi ionici dovuti all’apertura di canali regolati selettivi che provocano variazioni nelle condizioni di equilibrio. Il ripristino delle condizioni iniziali è dovuto all’attività della pompa Na/K ATPasi che presenta un’attività continua. Questa attività costa energia (ATP). Questa pompa è definita “elettrogenica”, in quanto trasporta 3 ioni sodio dal citoplasma al liquido extracellulare e 2 ioni potassio nella direzione opposta.

Na+/K+-ATPasi

Membrane eccitabili

Capaci di sviluppare variazioni del potenziale di riposo (segnali) grazie alla presenza di canali selettivi regolati.

Tali segnali elettrici possono essere di due tipi, a seconda della distribuzione e del tipo di canale regolato presente in membrana: Potenziali locali (= graduati): richiedono la presenza di canali chemo-dipendenti (esempio: recettore dell’acetilcolina)

Potenziali propagati (= d’azione): richiedono la presenza di canali voltaggio-dipendenti selettivi (sodio, potassio, calcio)

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Potenziali locali

Canale chemio-dipendente

Canale regolato indirettamente

Potenziali locali: decadono di intensità

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Potenziali locali: sono sommmabili

Potenziali d’azione

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Potenziali locali Potenziali propagati

Si trasmettono con decadimento di segnale

Sono caratterizzati da un’elevata velocità di

propagazione

Sono graduati Hanno intensità (ampiezza) costante

La loro durata è comparabile a quella degli stimoli che li

generano Sono segnali transitori

Sono sommabili Non sono sommabili

Non presentano refrattarietà Presentano refrattarietà, ma sono caratterizzati da una

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